Peek Material & Vlastnosti

1. Zavedení

1.1 Definice materiálu Peek

Polyetheretheretketon (Peek Material) je polokrystalický termoplastický polymer patřící do polyaryletherthetonu (Paek) rodina.

Peek poskytuje výjimečnou tepelnou stabilitu, Mechanická síla, a chemická odolnost, což je ideální pro náročné inženýrské aplikace.

Jeho schopnost udržet výkon za extrémních podmínek ji zvyšuje na třídu vysoce výkonných polymerů.

1.2 Historie a rozvoj nahlédnutí

Peek byl poprvé syntetizován 1978 od ICI (Imperial Chemical Industries), Nyní část Victrex Plc.

Původně vyvinuté pro letecký a automobilový průmysl, Peek se od té doby rozšířil na lékařské, elektronika, a energetické odvětví kvůli jeho bezkonkurenčnímu profilu nemovitosti.

Za poslední čtyři desetiletí, Nepřetržité inovace v syntéze a technikách zpracování učinily Peek v pokročilé výrobě základního kamene.

1.3 Stav nahlédnutí do vysoce výkonných inženýrských plastů

Mezi vysoce výkonnými polymery, Peek vyniká pro svou rovnováhu zpracovatelnosti a výkonu.

Konkuruje materiálům, jako jsou polyimidy, Polysulfones, a fluoropolymery, ale často je překonávají tepelným, chemikálie, a mechanické domény.

Jeho prémiový stav se odráží v jeho nákladech, ale hodnota, kterou poskytuje v aplikacích kritických misí, odůvodňuje investici.

2. Chemická struktura a syntéza PEEK

2.1 Chemická struktura

Peekova makromolekulární struktura se skládá z opakujících se jednotek éteru a ketonových vazeb mezi aromatickými prsteny:

–O–Ph–O–Ph–CO–Ph–

• Ph = Fenylenová skupina (Aromatický prsten)
• Ó = Ether Bridge
• CO = Ketone Group

Tyto strukturální motivy přispívají k:

• Tuhost (Aromatické kroužky)
• Flexibilita (Etherové vazby)
• Tepelný odpor (Ketone skupiny)

Polokrystalická povaha Peek vyplývá z jeho páteřní symetrie, Povolení těsného balení v krystalických oblastech při zachování amorfních oblastí pro houževnatost.

2.2 Metoda syntézy

Peek Material je syntetizován prostřednictvím polykondenzační reakce s krokem růstu, obvykle zahrnující:

• Monomery: 4,4′ -Difluorobenzofenon (DFBP) a hydrochinon (HQ)
• Rozpouštědlo: Difenylsulfon
• Katalyzátor: Alkalické soli jako uhličitan sodný

Přehled reakce:

DFBP + HQ → PEEK + HF (byproduct)

K reakci dochází při vysokých teplotách (300–400 ° C.) za kontrolovaných podmínek k dosažení polymerů s vysokou molekulovou hmotností.

3. Hlavní výkonové charakteristiky peek

3.1 Fyzikální vlastnosti

Hustota

S hustotou 1.30 g/cm³, Peek Material je hustší než většina konvenčních plastů, ale lehčí než kovy, nabízí dobrý poměr síly k hmotnosti.

Barva a vzhled

Peek je přirozeně béžový, s hladkým, Pololesklý vzhled. Může to být pigmentováno, though colorants may affect crystallinity and properties.

Tvrdost

• Rockwell hardness: R126–R130
• Vickers hardness: ~250 HV

PEEK Material demonstrates excellent surface hardness suitable for wear and abrasion resistance.

Tepelné vlastnosti

• Bod tání: 343°C
• Skleněná přechod (TG): 143°C
• Thermal Deformation: Minimal up to 260°C

Rozměrová stabilita

PEEK exhibits very low moisture absorption (<0.1%), resulting in outstanding dimensional stability, even in humid or high-temperature environments.

3.2 Chemické vlastnosti

Chemická odolnost

PEEK resists a wide range of chemicals, včetně:

• Acids (sulfuric, nitric)
• Bases (sodium hydroxide, ammonia)
• Hydrocarbons
• Alcohols

It is not attacked by most solvents, making it ideal for chemical processing equipment.

Odolnost vůči rozpouštědlu

PEEK remains stable in:

• Acetone
• Toluene
• Ethanol
• Methylene chloride (limited swelling may occur)

Odolnost proti korozi

PEEK’s inert backbone provides natural resistance to corrosion, making it suitable for aggressive environments.

Retardance hoření

• UL 94 rating: PROTI-0 (self-extinguishing)
• Low smoke and toxic gas emission
• Splňuje standardy leteckého a železničního průmyslu

Elektrická izolace

Peek je dobrý elektrický izolátor, udržení vlastností při vysokých teplotách a frekvencích.

Biokompatibilita

PEEK lékařské třídy splňuje:

• ISO 10993
• USP třída VI
• Vhodné pro dlouhodobé implantáty a chirurgické nástroje

3.3 Mechanické vlastnosti

Pevnost v tahu

Peek Materiál vykazuje vysokou pevnost v tahu (~ 100 MPa), Udržování tuhosti při zatížení.

Ohybová a pevnost v tlaku

Jeho ohybový modul (~ 4 GPA) a pevnost v tlaku posilují jeho vhodnosti pro díly nesoucí zátěž.

Odolnost vůči dopadu a únavě

PEEK odolává opakovaným dopadům a cyklickému zatížení bez praskání, kritické v leteckých a lékařských aplikacích.

3.4 Tepelné vlastnosti

Vysokoteplotní výkon

Peek si zachovává mechanické vlastnosti na:

• Nepřetržitá teplota používání: až 260 ° C.
• Krátkodobé vrcholy do 300 ° C

Odolnost vůči dotvarování

Peek ukazuje velmi nízké plíživost, i při vysokém zatížení při zvýšených teplotách.

Tepelná vodivost

• Přibližně 0.25 W/m·K

I když to není dobrý dirigent, Tepelná stabilita je vhodná pro komponenty vystavené teplem.

3.5 Noste vlastnosti

Peek nabízí vynikající odolnost proti opotřebení, zvláště když je naplněno uhlíkovým vláknem, grafit, nebo PTFE.

3.6 Elektrická izolace

Izolační vlastnosti PEEK jsou stabilní v širokém rozsahu teploty a frekvence.

3.7 Elektromagnetické stínění

Zatímco neobsazený materiál na peek nenabízí stínění EMI, stupně naplněné uhlíkem (např., CF-PEEK) poskytnout mírnou účinnost stínění, aby byly vhodné pro elektronické přílohy.

4. Metody zpracování PEEK

4.1 Injekční lisování

PEEK lze zpracovat pomocí lisování injekce, což je běžná metoda pro výrobu komplexních tvarů a komponent.

Proces zahrnuje tavení peek pelet a vstřikování roztaveného materiálu do formy pod vysokým tlakem.

Injekční lisování umožňuje produkci vysoce přesných částí s konzistentními rozměry a vlastnostmi.

4.2 Vytváření formování

Vytváření formování se používá k výrobě nahlédnutí ve formě prutů, trubice, a listy.

Proces zahrnuje tání nahlédnutí a nucení jeho matrice, aby vytvořil požadovaný tvar. Extruze je zvláště užitečné pro výrobu kontinuálních profilů a součástí s jednotnými průřezy.

4.3 Obrábění CNC a 3D tisk

PEEK lze obrátit pomocí CNC (Počítačové numerické řízení) Techniky pro výrobu přesných a složitých částí.

Jeho vysoká tvrdost a odpor opotřebení je vhodným pro CNC obrábění Operace, jako je otáčení, frézování, a vrtání.

Navíc, PEEK lze zpracovat pomocí FDM (Fúzované modelování depozice) 3D Tisk, allowing for the production of custom parts with intricate designs.

4.4 Tepelné zpracování a žíhání

PEEK can be heat-treated or annealed to improve its mechanical properties and reduce internal stresses.

Heat treatment is particularly useful for components that require high dimensional stability and resistance to creep.

5. Modifikace a kompozitní materiály nahlédnutí

5.1 Přidání skleněného vlákna (GF-PEEK)

Glass fiber-reinforced PEEK (GF-PEEK) is a composite material that enhances the mechanical strength and stiffness of PEEK.

The addition of glass fibers improves the tensile strength, flexural strength, and impact resistance of the material.

GF-PEEK delivers high strength and dimensional stability, making it ideal for aerospace components and industrial machinery.

5.2 Přidání uhlíkového vlákna (CF-PEEK)

Carbon fiber-reinforced PEEK (CF-PEEK) is another composite material that significantly enhances the mechanical properties of PEEK.

CF-PEEK offers superior strength, ztuhlost, a nosit odpor ve srovnání s neobsazeným nahlédnutím.

Tento materiál na peek dominuje aplikacím, které vyžadují jak lehkost, tak sílu, zejména v leteckých a automobilových komponentách.

5.3 Přidání maziv (jako je grafit, PTFE)

Peek Materiál přijímá modifikace maziv, jako je grafit nebo PTFE, aby se zvýšil odpor opotřebení a minimalizoval tření.

Tyto úpravy jsou zvláště užitečné v aplikacích zahrnujících posuvné nebo rotující části, jako jsou ložiska a těsnění.

5.4 Tabulka porovnání výkonu

Následující tabulka porovnává vlastnosti neobsazeného nahlédnutí, GF-PEEK, a CF-PEEK:

6. Aplikační oblasti peek materiálu

6.1 Aerospace

• Součásti motoru: PEEK se používá v komponentách motoru s vysokou teplotou a lehkými vlastnostmi.
• Konstrukční díly: Materiál Peek se používá ve strukturálních komponentách, jako jsou držáky, upevňovací prvky, a konektory.
• Elektronické komponenty: PEEK se používá v letecké elektronice kvůli jeho elektrické izolaci a retardanci hoření.

6.2 Lékařský průmysl

• Implantáty: Peek slouží jako ideální materiál pro lékařské implantáty, jako jsou páteřní klece a náhrady kloubů, nabízí výjimečnou biokompatibilitu a mechanickou sílu.
• Chirurgické nástroje: PEEK se používá v chirurgických nástrojích kvůli jeho odolnosti proti sterilizaci a odporu opotřebení.
• Lékařské vybavení: PEEK se používá ve zdravotnických prostředcích, jako jsou čerpadla a ventily kvůli jeho chemické odolnosti a biokompatibilitě.

6.3 Průmyslová pole

• Těsnění s vysokou teplotou: Peek působí spolehlivě ve vysokoteplotních těsněních pro parní turbíny a chemické zpracovatelské zařízení.
• Ložiska: PEEK se používá v ložiscích kvůli jeho nízkému tření a odolnosti opotřebení.
• Komponenty čerpadla a ventilu: Peek Materiál vyniká ve složkách čerpadla a ventilu kvůli jeho chemické odolnosti a rozměrové stabilitě.

6.4 Elektronika a elektrická

• Izolační materiály: Peek slouží jako vynikající izolační materiál pro elektrické komponenty, Díky své vynikající dielektrické síle.
• Konektory: PEEK se používá v konektorech kvůli jeho elektrické izolaci a zpomalení hoření.
• Podpory desky obvodů: Peek vyniká jako podpůrný materiál desky obvodu kvůli jeho vynikající rozměrové stabilitě a tepelnému odporu.

6.5 Jiné aplikace

• Zpracování potravin: PEEK se používá v vybavení pro zpracování potravin kvůli jeho chemické odolnosti a biokompatibilitě.
• Automobilový průmysl: Peek slouží v automobilových senzorch a konektorech, využití své lehké povahy a odolnosti proti vysoké teplotě.
• Jaderný průmysl: PEEK působí spolehlivě v jaderných aplikacích kvůli jeho výjimečné odolnosti proti radiaci a chemické stabilitě.

7. Výhody a omezení materiálu Peek

7.1 Výhody

• Vysoká teplota: Peek může udržovat své vlastnosti při teplotách až do 250 ° C, což je vhodné pro aplikace s vysokou teplotou.
• Chemická odolnost: Peek je odolný vůči široké škále chemikálií, včetně kyselin, Základny, a rozpouštědla.
• Mechanická síla: Peek vykazuje vysoký tah, ohyb, a síly tlaku, aby bylo vhodné pro náročné aplikace.
• Biokompatibilita: Peek Material je biokompatibilní a netoxický, činí to ideální pro lékařské aplikace.

7.2 Omezení

• Vysoké náklady: Peek je jednou z nejdražších inženýrských plastů, což omezuje jeho použití v aplikacích citlivých na náklady.
• Obtížnost zpracování: PEEK vyžaduje vysoké teploty a tlaky, což může být náročné pro některé výrobní procesy.
• Vysoká hustota: Peek má relativně vysokou hustotu ve srovnání s jinými inženýrskými plasty, což může být nevýhodou v aplikacích vyžadujících lehké materiály.

8. Alternativní materiály pro nahlédnutí

8.1 Vysokoteplotní plastové náhražky

• PEI (Poly utimid): PEI je vysokoteplotní plast s vynikajícími mechanickými a tepelnými vlastnostmi. Často se používá jako alternativa k nahlédnutí v aplikacích vyžadujících vysokoteplotní odpor.
• PPS (Polyfenylensulfid): PPS je další vysokoteplotní plast s vynikající chemickou odolností a rozměrovou stabilitou.
• Pai (Polyimid): PAI je vysoce výkonný polymer s výjimečnými tepelnými a mechanickými vlastnostmi, často se používá v náročných aplikacích.

8.2 Kovové náhražky

• Nerez: Nerez je běžnou kovovou náhradou za nahlédnutí v aplikacích vyžadujících vysokou pevnost a odolnost proti korozi.
• Titaniová slitina: Slitiny titanu Nahraďte nahlédnutí do leteckých a lékařských aplikací, nabízí lehké výhody a vysokou sílu.
• Hliníková slitina: Hliníkové slitiny se používají jako náhražky pro nahlédnutí v aplikacích vyžadujících lehké materiály.

9. Udržitelnost a ochrana životního prostředí nahlédnutí

9.1 Ochrana výrobního procesu na životní prostředí

Produkce PEEK zahrnuje kontrolované procesy, aby se minimalizoval dopad na životní prostředí.

Výrobci používají systémy s uzavřenou smyčkou k obnovení a opětovnému použití rozpouštědel a dalších materiálů, snižování plýtvání a emisí.

9.2 Recyklace a opětovné použití

Peek je recyklovatelný, Ačkoli jeho proces recyklace je složitější ve srovnání s jinými plasty.

Recyklovaný peek funguje dobře pro aplikace bez kritických mechanických nebo tepelných požadavků.

9.3 Environmentální předpisy a standardy

Peek splňuje různé environmentální předpisy a standardy, včetně ROHS (Omezení nebezpečných látek) a dosáhnout (Registrace, Hodnocení, Povolení, a omezení chemikálií).

Jeho biokompatibilita a netoxicita způsobují, že je v souladu s předpisy zdravotnických prostředků.

10. Shrnutí

Peek je vysoce výkonný inženýrský plast s výjimečnými vlastnostmi, díky nimž je vhodný pro náročné aplikace v různých průmyslových odvětvích.

Jeho kombinace tepelné stability, chemická odolnost, Mechanická síla, a biokompatibilita ji odlišuje od ostatních materiálů.

Zatímco PEEK je drahý a náročný na zpracování, Jeho jedinečné vlastnosti ospravedlňují jeho použití v kritických aplikacích, jako je letectví, lékařské přístroje, a průmyslové stroje.

Jak technologie postupuje, Peek pravděpodobně najde ještě více aplikací, dále upevňoval svou polohu předního materiálu ve vysoce výkonných inženýrských plastech.